CN104745209A

CN104745209A - 一种煤热解制气、炼油、半焦高温旋流再燃燃烧集成工艺方法及装置

Info

Publication number: CN104745209A
Application number: CN201310731155.8A
Authority: CN
Inventors: 王胜美; 杨帆; 杨彬
Original assignee: SHANGHAI ZHONGKE BOKE ENERGY ENVIRONMENTAL PROTECTION ENGINEERING CO LTD; Shanghai Advanced Research Institute of CAS
Current assignee: SHANGHAI ZHONGKE BOKE ENERGY ENVIRONMENTAL PROTECTION ENGINEERING CO LTD; Shanghai Advanced Research Institute of CAS
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2015-07-01

Abstract

本发明公开了一种煤热解制气、炼油、半焦高温旋流再燃燃烧集成工艺方法及装置，包括：粉煤加入旋转料床热解炉中进行热解反应，产生半焦和含焦油的热解气，经分离净化装置分离出焦油和热解气,焦油作为产品排出，热解气的一部分作为产品排出，另一部分作为再燃室的再燃燃料，半焦和石灰石被输送至混合仓搅拌后进入磨煤机被磨成粉，进入旋流燃烧炉燃烧，产生的烟气经捕渣管进入再燃室，再进入燃烬室充分燃烧后进入脱硝一体化空气预热器进行换热冷却后排出，烟气中未燃烬的固体颗粒经分离器返回旋流燃烧炉燃烧，余下烟气净化后排出。本发明使半焦燃烬率显著提高，且显著降低了N0x排放，达到节能、环保双重目的。

Description

一种煤热解制气、炼油、半焦高温旋流再燃燃烧集成工艺方法及装置

技术领域

本发明涉及煤资源高效燃烧技术领域，具体涉及一种煤热解制气、炼油、半焦高温旋流再燃燃烧集成工艺方法及装置。

背景技术

按照我国“十二五”规划纲要的要求，能源工业走高效率、低排放、清洁加工转化利用的发展之路，坚持最大限度的提高煤炭资源利用效率的方针。目前，褐煤和长焰煤等低阶煤占我国煤炭储量和产量的55%以上，低阶煤的化学结构特点决定了可以用最小的能耗和投入，实现煤炭的高效梯级转化以及多联产利用。同时我国褐煤高效开发与利用技术一直是个未解的难题，导致褐煤中蕴含的油气资源白白浪费。随着石油和天然气资源的逐渐枯竭，中、低阶煤资源的高效开发与综合利用日益紧迫。

煤热解后的固体残留物半焦具有高灰分、高固定碳、低挥发份、着火温度高、难以燃烬等特点，我国现阶段普遍应用的是循环流化床燃烧处理半焦，例如，东北电力大学李少华等研发发明的油页岩干馏炼油、半焦燃烧发电集成工艺（专利申请公布号CN101117584A）和东北电力大学的王擎等研发的一种油页岩干燥、加热、炼油、半焦燃烧一体化装置（专利授权公告号CN202953993U）。循环流化床处理半焦工艺具有脱硫及脱硝效率高、负荷变化范围大、调节特性好等特点，同时可以减少对环境的污染排放，但运行过程存在半焦的燃烬率不高、结渣等问题。目前，国内外对于循环流化床处理半焦还有待深入研究。因此，研究半焦的高效燃烧技术以及燃烧系统集成工艺优化，提高中、低阶煤综合利用效率具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种煤热解制气、炼油、半焦高温旋流再燃燃烧集成工艺方法及装置。半焦作为该工艺热解段后的固体残留物，具有高灰分、高固定碳、低挥发份、着火温度高、难以燃烬等特点，针对其特点提出了高温旋流再燃燃烧工艺，使得半焦燃烬率显著提高；同时煤热解产生的热解气回用进入再燃区，作为再燃燃料，还原已生成的N0x（氮氧化物），抑制新的NOx生成，显著降低了N0x排放，达到节能、环保双重目的。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

在本发明的一方面，提供一种煤热解制气、炼油、半焦高温旋流再燃燃烧集成工艺方法，包括如下步骤：粉煤加入旋转料床热解炉中进行热解反应，产生半焦和含焦油的热解气，热解气从旋转料床热解炉上部引出，经分离净化装置分离出焦油和热解气,焦油作为产品排出，热解气的一部分作为产品排出，另一部分作为再燃室的再燃燃料利用，半焦和石灰石被输送至混合仓搅拌，混合均匀后进入磨煤机被磨成粉，磨好的含石灰石的半焦原料通过一次风经旋流燃烧器从旋流燃烧炉顶部进入，燃烧所需的高温二次风沿旋流燃烧炉切线方向喷入，半焦粉在旋流燃烧炉内燃烧产生的烟气经捕渣管进入再燃室，经分离净化装置分离出的热解气作为再燃燃料送入再燃室燃烧补热；从再燃室出口的烟气进入燃烬室充分燃烧，燃烧后烟气依次经过燃烬室内的受热面、尾部烟道内的受热面后进入脱硝一体化空气预热器进行换热冷却后排出烟气，烟气中未燃烬的固体颗粒经过分离器返回旋流燃烧炉燃烧，余下烟气净化后排出。

进一步地，所述含石灰石的半焦原料经过旋流燃烧炉，再燃室，燃烬室高温高效燃烧；所述旋流燃烧炉（7-1）内的平均燃烧温度为1400-1800℃，所述再燃室（7-2）的再燃温度为1100-1300℃；所述燃烬室（7-3）的出口烟气温度为950-1200℃。

进一步地，所述含石灰石的半焦原料可以是半焦，也可以是低挥发分的无烟煤、贫煤、低热值的低阶煤，例如：煤泥、煤矸石等。

进一步地，所述含石灰石的半焦原料进入旋流燃烧炉之前，石灰石和半焦原料先混合磨粉，石灰石占混合粉的重量比例在10%～15%，以降低流渣温度，同时能起到一定的脱硫效果。

进一步地，所述经分离净化装置分离出的热解气作为再燃燃料送入再燃室燃烧补热，再燃室不仅使已生成的N0x得到还原，同时还抑制了新的NO的生成，进一步降低NOx排放。

进一步地，所述半焦和石灰石被输送至混合仓搅拌，混合均匀后进入磨煤机被磨至90μm。

进一步地，从风机出口的空气经过余热回收装置升温至250℃-500℃，然后作为一次风引至磨煤机输送原料；所述旋流燃烧炉内燃烧时生成的液态灰渣经余热回收装置冷却后作为高标号水泥原料。

进一步地，空气经过脱硝一体化空气预热器后温度升至400℃--800℃，作为高温二次风一部分引至旋流燃烧炉，以100米/秒的速度沿旋流燃烧炉切线方向喷入，另一部分引至燃烬室供烟气完全燃烧。

进一步地，所述石灰石经干燥预热室干燥预热后被输送至混合仓；干燥预热室排出换热后空气至分离器后排出。

此外，本发明还提供一种煤热解制气、炼油、半焦高温旋流再燃燃烧集成工艺装置，该装置包括旋转料床热解炉，分离净化装置，混合仓，磨煤机，旋流燃烧器，旋流燃烧炉，再燃室，燃烬室，捕渣管，尾部烟道，脱硝一体化空气预热器和分离器；

所述旋转料床热解炉的上部与分离净化装置连接，其底部与所述混合仓的进口连接；所述分离净化装置与所述再燃室连接；所述混合仓的出口与所述磨煤机的进口连接，所述磨煤机的出口与所述旋流燃烧器的进口连接，所述旋流燃烧器设于所述旋流燃烧炉的顶部，所述旋流燃烧炉通过所述捕渣管与所述再燃室连接，所述再燃室与所述燃烬室连接，所述燃烬室与所述尾部烟道连接，所述尾部烟道与所述脱硝一体化空气预热器连接，所述脱硝一体化空气预热器与所述分离器连接，所述分离器与所述旋流燃烧炉连接。

进一步地，该装置还包括干燥预热室、余热回收装置和风机，所述干燥预热室的进口与所述余热回收装置连接，所述干燥预热室的出口与所述混合仓及所述分离器连接；所述余热回收装置的进口与所述旋流燃烧炉及风机连接，所述余热回收装置的出口与所述磨煤机连接；所述脱硝一体化空气预热器与所述旋流燃烧炉及所述燃烬室连接。

进一步地，所述旋流燃烧炉是由水冷壁管形成的一细长的圆筒形燃烧室，管子向火面焊有销钉，覆盖碳化硅等耐火涂料。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明是一种煤热解制气、炼油、半焦高温旋流再燃燃烧集成工艺，对煤种进行热解后，产生的半焦通过高温旋流再燃燃烧技术可以实现半焦的燃烧效率达90%以上、半焦燃烬率达95%以上得到显著提升。该技术不仅可以处理半焦，而且可以处理低挥发分的无烟煤、贫煤、低热值的低阶煤，例如：煤泥、煤矸石等。

2、高温旋流再燃燃烧系统中，将煤热解产生的热解气回用，作为再燃燃料送入再燃室补热，使已生成的N0x得到还原，同时还抑制了新的NO的生成，进一步降低NOx排放量，达到节能、环保双重效果，具有良好的社会和经济效益。

3、处理煤热解产生的半焦时，预先使石灰石和半焦原料先混合磨粉，石灰石所占混合粉的重量比例在10%～15%，这样可以降低旋流燃烧炉内流渣温度，同时燃烧过程中能起到一定的脱硫效果。

附图说明

图1是本发明一种煤热解制气、炼油、半焦高温旋流再燃燃烧集成工艺的流程及装置结构示意图。

图中附图标记说明如下：

1为旋转料床热解炉，2为分离净化装置，3为干燥预热室，4为混合仓，5为磨煤机，6为旋流燃烧器，7-1为旋流燃烧炉，7-2为再燃室，7-3为燃烬室，8为捕渣管，9为尾部烟道，10为脱硝一体化空气预热器，11为分离器，12为余热回收装置，13为风机，C为粉煤，A为空气,B为换热后空气,G为热解气，F为烟气，K为半焦，S为石灰石，H为高温二次风，D为一次风,L为液态灰渣，M为高标号水泥原料，J为焦油。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的原理及具体结构做出详细的说明。

如图1所示，本发明是一种煤热解制气、炼油、半焦高温旋流再燃燃烧集成工艺方法，具体包括如下工艺流程：粉煤C加入旋转料床热解炉1中进行热解反应，产生半焦K和含焦油J的热解气，热解气从旋转料床热解炉1上部引出（旋转料床热解炉1采用的是现有的市售产品），经分离净化装置2分离出焦油J和热解气G,焦油J作为产品排出，热解气G的一部分作为产品排出，另一部分作为再燃室7-2的再燃燃料利用，半焦K和石灰石S（石灰石S经干燥预热室3干燥预热后）被输送至混合仓4搅拌，均匀混合后进入磨煤机5被磨至90μm，磨好的原料通过一次风D经旋流燃烧器6从旋流燃烧炉7-1顶部进入，燃烧所需的高温二次风H以极高的速度（可高达100米/秒）沿旋流燃烧炉7-1切线方向喷入，半焦粉主要在旋流燃烧炉7-1内燃烧，平均燃烧温度为1400-1800℃，旋流燃烧炉7-1是由水冷壁管形成的一细长的圆筒形燃烧室，管子向火面焊有销钉，覆盖碳化硅等耐火涂料（旋流燃烧炉7-1采用的是现有的市售产品），因而旋流燃烧炉7-1内燃烧时可形成较高的热强度，使渣成熔融状态，生成的液态灰渣L经余热回收装置12冷却后可作为高标号水泥原料M。半焦粉在旋流燃烧炉7-1内燃烧产生的烟气经捕渣管8进入再燃室7-2，再燃温度为1100-1300℃，经分离净化装置2分离出的热解气G作为再燃燃料送入再燃室7-2燃烧补热，同时再燃室7-2不仅使已生成的N0x得到还原，同时还抑制了新的NO的生成，进一步降低NOx排放。从风机13出口的空气经过余热回收装置12升温至250℃-500℃，然后作为一次风D引至磨煤机5输送原料。从再燃室7-2出口的烟气进入燃烬室7-3充分燃烧，燃烬室7-3出口烟气温度为950-1200℃，燃烬风为从脱硝一体化空气预热器10引出的高温二次风H，燃烧后烟气依次经过燃烬室7-3内的受热面、尾部烟道9内的受热面后进入脱硝一体化空气预热器10进行换热冷却后排出烟气F，烟气F中未燃烬的固体颗粒经过分离器11返回旋流燃烧炉7-1燃烧，余下烟气净化后排出。干燥预热室3排出换热后空气B至分离器11后排出。锅炉产生的蒸汽供生产或生活使用。其中，再燃室7-2、燃烬室7-3采用的是现有普通燃烧炉，再燃室7-2为转弯烟道，截面是方形或圆形，燃烬室7-3的截面是方形或圆形。

空气A经过脱硝一体化空气预热器10后温度升至400℃--800℃，可作为高温二次风H一部分引至旋流燃烧炉7-1，以极高的速度（可高达100米/秒）沿旋流燃烧炉7-1切线方向喷入，另一部分引至燃烬室7-3供烟气完全燃烧。

所述含石灰石的半焦原料经过旋流燃烧炉7-1，再燃室7-2，燃烬室7-3高温高效燃烧。所述含石灰石的半焦原料进入旋流燃烧炉7-1，炉内容积热负荷很高，半焦燃烬率高。旋流燃烧炉7-1进口原料可以是半焦，也可以是低挥发分的无烟煤、贫煤、低热值的低阶煤，例如：煤泥、煤矸石等。进入旋流燃烧炉7-1之前，石灰石S和半焦K原料先混合磨粉，石灰石S所占混合粉的重量比例在10%～15%，这样可以降低流渣温度，同时能起到一定的脱硫效果。

此外，本发明还提供一种煤热解制气、炼油、半焦高温旋流再燃燃烧集成工艺装置，如图1所示，该装置包括旋转料床热解炉1，分离净化装置2，混合仓4，磨煤机5，旋流燃烧器6，旋流燃烧炉7-1，再燃室7-2，燃烬室7-3，捕渣管8，尾部烟道9，脱硝一体化空气预热器10和分离器11。旋转料床热解炉1的上部与分离净化装置2连接，其底部与混合仓4的进口连接；分离净化装置2与再燃室7-2连接；混合仓4的出口与磨煤机5的进口连接，磨煤机5的出口与所述旋流燃烧器6的进口连接，旋流燃烧器6设于旋流燃烧炉7-1的顶部，旋流燃烧炉7-1通过捕渣管8与再燃室7-2连接，再燃室7-2与燃烬室7-3连接，燃烬室7-3与尾部烟道9连接，尾部烟道9与脱硝一体化空气预热器10连接，脱硝一体化空气预热器10与分离器11连接，分离器11与旋流燃烧炉7-1连接。该装置还包括干燥预热室3、余热回收装置12和风机13，干燥预热室3的进口与余热回收装置12连接，干燥预热室3的出口与混合仓4及所述分离器11连接；余热回收装置12的进口与旋流燃烧炉7-1及风机13连接，余热回收装置12的出口与磨煤机5连接；脱硝一体化空气预热器10与旋流燃烧炉7-1及燃烬室7-3连接。

Claims

1.一种煤热解制气、炼油、半焦高温旋流再燃燃烧集成工艺方法，其特征是：包括如下步骤：粉煤（C）加入旋转料床热解炉（1）中进行热解反应，产生半焦（K）和含焦油（J）的热解气，热解气从旋转料床热解炉（1）上部引出，经分离净化装置（2）分离出焦油（J）和热解气（G）,焦油（J）作为产品排出，热解气（G）的一部分作为产品排出，另一部分作为再燃室（7-2）的再燃燃料利用，半焦（K）和石灰石（S）被输送至混合仓（4）搅拌，混合均匀后进入磨煤机（5）被磨成粉，磨好的含石灰石的半焦原料通过一次风（D）经旋流燃烧器（6）从旋流燃烧炉（7-1）顶部进入，燃烧所需的高温二次风（H）沿旋流燃烧炉（7-1）切线方向喷入，半焦粉在旋流燃烧炉（7-1）内燃烧产生的烟气经捕渣管（8）进入再燃室（7-2），经分离净化装置（2）分离出的热解气（G）作为再燃燃料送入再燃室（7-2）燃烧补热；从再燃室（7-2）出口的烟气进入燃烬室（7-3）充分燃烧，燃烧后烟气依次经过燃烬室（7-3）内的受热面、尾部烟道（9）内的受热面后进入脱硝一体化空气预热器（10）进行换热冷却后排出烟气（F），烟气（F）中未燃烬的固体颗粒经过分离器（11）返回旋流燃烧炉（7-1）燃烧，余下烟气净化后排出。

2.根据权利要求1所述的一种煤热解制气、炼油、半焦高温旋流再燃燃烧集成工艺方法，其特征是：所述含石灰石的半焦原料经过旋流燃烧炉（7-1），再燃室（7-2），燃烬室（7-3）高温高效燃烧；所述旋流燃烧炉（7-1）内的平均燃烧温度为1400-1800℃，所述再燃室（7-2）的再燃温度为1100-1300℃；所述燃烬室（7-3）的出口烟气温度为950-1200℃。

3.根据权利要求1所述的一种煤热解制气、炼油、半焦高温旋流再燃燃烧集成工艺方法，其特征是：所述含石灰石的半焦原料是半焦，或低挥发分的无烟煤、贫煤、低热值的低阶煤。

4.根据权利要求1所述的一种煤热解制气、炼油、半焦高温旋流再燃燃烧集成工艺方法，其特征是：所述含石灰石的半焦原料进入旋流燃烧炉（7-1）之前，石灰石和半焦原料先混合磨粉，石灰石占混合粉的重量比例在10%～15%，以降低流渣温度，同时能起到一定的脱硫效果。

5.根据权利要求1所述的一种煤热解制气、炼油、半焦高温旋流再燃燃烧集成工艺方法，其特征是：所述经分离净化装置（2）分离出的热解气（G）作为再燃燃料送入再燃室（7-2）燃烧补热，再燃室（7-2）不仅使已生成的N0x得到还原，同时还抑制了新的NO的生成，进一步降低NOx排放。

6.根据权利要求1所述的一种煤热解制气、炼油、半焦高温旋流再燃燃烧集成工艺方法，其特征是：所述半焦（K）和石灰石（S）被输送至混合仓（4）搅拌，混合均匀后进入磨煤机（5）被磨至90μm。

7.根据权利要求1所述的一种煤热解制气、炼油、半焦高温旋流再燃燃烧集成工艺方法，其特征是：从风机（13）出口的空气经过余热回收装置（12）升温至250℃-500℃，然后作为一次风（D）引至磨煤机（5）输送原料；所述旋流燃烧炉（7-1）内燃烧时生成的液态灰渣（L）经余热回收装置（12）冷却后作为高标号水泥原料（M）。

8.根据权利要求1所述的一种煤热解制气、炼油、半焦高温旋流再燃燃烧集成工艺方法，其特征是：空气（A）经过脱硝一体化空气预热器（10）后温度升至400℃--800℃，作为高温二次风（H）一部分引至旋流燃烧炉（7-1），以100米/秒的速度沿旋流燃烧炉（7-1）切线方向喷入，另一部分引至燃烬室（7-3）供烟气完全燃烧。

9.根据权利要求1所述的一种煤热解制气、炼油、半焦高温旋流再燃燃烧集成工艺方法，其特征是：所述石灰石（S）经干燥预热室（3）干燥预热后被输送至混合仓（4）；干燥预热室（3）排出换热后空气（B）至分离器（11）后排出。

10.一种煤热解制气、炼油、半焦高温旋流再燃燃烧集成工艺装置，其特征是：该装置包括旋转料床热解炉（1），分离净化装置（2），混合仓（4），磨煤机（5），旋流燃烧器（6），旋流燃烧炉（7-1），再燃室（7-2），燃烬室（7-3），捕渣管（8），尾部烟道（9），脱硝一体化空气预热器（10）和分离器（11）；

所述旋转料床热解炉（1）的上部与分离净化装置（2）连接，其底部与所述混合仓（4）的进口连接；所述分离净化装置（2）与所述再燃室（7-2）连接；所述混合仓（4）的出口与所述磨煤机（5）的进口连接，所述磨煤机（5）的出口与所述旋流燃烧器（6）的进口连接，所述旋流燃烧器（6）设于所述旋流燃烧炉（7-1）的顶部，所述旋流燃烧炉（7-1）通过所述捕渣管（8）与所述再燃室（7-2）连接，所述再燃室（7-2）与所述燃烬室（7-3）连接，所述燃烬室（7-3）与所述尾部烟道（9）连接，所述尾部烟道（9）与所述脱硝一体化空气预热器（10）连接，所述脱硝一体化空气预热器（10）与所述分离器（11）连接，所述分离器（11）与所述旋流燃烧炉（7-1）连接。

11.如权利要求10所述的装置，其特征是：该装置还包括干燥预热室（3）、余热回收装置（12）和风机（13），所述干燥预热室（3）的进口与所述余热回收装置（12）连接，所述干燥预热室（3）的出口与所述混合仓（4）及所述分离器（11）连接；所述余热回收装置（12）的进口与所述旋流燃烧炉（7-1）及风机（13）连接，所述余热回收装置（12）的出口与所述磨煤机（5）连接；所述脱硝一体化空气预热器（10）与所述旋流燃烧炉（7-1）及所述燃烬室（7-3）连接。

12.如权利要求10所述的装置，其特征是：所述旋流燃烧炉（7-1）是由水冷壁管形成的一细长的圆筒形燃烧室，管子向火面焊有销钉，覆盖耐火涂料。